





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (16): 3605-3620.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.16.010
吴佳佳1(
), 刘蕊1, 李鑫艳1, 张久东2, 常单娜3(
), 曹卫东3(
)
收稿日期:2025-10-26
接受日期:2025-11-22
出版日期:2026-08-16
发布日期:2026-08-17
通信作者:
联系方式:
吴佳佳,E-mail:2978594601@qq.com。
基金资助:
WU JiaJia1(
), LIU Rui1, LI XinYan1, ZHANG JiuDong2, CHANG DanNa3(
), CAO WeiDong3(
)
Received:2025-10-26
Accepted:2025-11-22
Published:2026-08-16
Online:2026-08-17
摘要:
【目的】 玉米间作豆科绿肥能够实现节肥增效,施用生物炭是减少农田气态氮损失的有效措施。然而,关于间作绿肥下减氮并配施生物炭对氮素气态损失及系统氮足迹的影响尚不明确。为此,本研究通过田间试验,明确该模式对氮素气态损失与系统氮足迹的综合影响,为西北绿洲灌区玉米生产的绿色发展提供技术途径。【方法】 于2021年在甘肃武威绿洲农业试验站开始设置田间试验,双因素设计,主因素为施氮制度,包括常规施氮(N100),减氮30%(N70),减氮30%配施田菁生物炭(N70S)。副因素为种植模式,分别为玉米单作(MM)和玉米间作箭筈豌豆(IMC)。共形成6个处理:N100-MM、N100-IMC、N70-MM、N70-IMC、N70S-MM、N70S-IMC。测定2024—2025年玉米产量、氮素吸收及土壤理化性状,同步监测氧化亚氮(N2O)排放与氨(NH3)挥发,并采用生命周期评价法量化系统氮足迹。【结果】 相比常规施氮,减氮30%玉米籽粒产量、地上部生物量和氮素累积量分别降低7.9%、6.1%和4.7%;而配施田菁生物炭籽粒产量和地上部生物量分别增加8.6%和2.7%。玉米间作绿肥较单作增产3.8%。N70S-IMC较N100-MM处理产量、生物量和氮素累积量分别增加了12.6%、4.3%和4.0%。减氮30%处理的N2O和NH3累积排放量分别降低16.0%—25.2%和9.9%—24.7%,配施田菁生物炭处理分别降低24.8%—27.7%和17.6%—43.9%。相比N100-MM,N70-IMC处理的N2O和NH3累积排放量分别降低了12.1%—20.1%和11.2%—20.1%,N70S-IMC处理分别降低15.3%—24.3%和20.1%—35.8%。N70-IMC较N100-MM处理土壤铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和微生物量氮(MBN)分别降低17.6%、15.6%和9.6%,N70S-IMC处理土壤NH4+-N和可溶性有机氮(DON)分别降低15.6%和7.3%,全氮(TN)和MBN分别增加3.9%和25.0%。随机森林分析表明,土壤NO3--N、NH4+-N、MBN和DON是驱动N2O排放的关键因子,而NH3挥发主要受NO3--N、NH4+-N和全氮驱动。生命周期评价表明,相比N100-MM处理,N70-IMC和N70S-IMC处理的氮足迹分别降低28.9%和39.7%,N70S-IMC较N70-IMC处理氮足迹降低了10.4%。【结论】 玉米间作绿肥减氮30%配施田菁生物炭能够增加玉米产量和氮素吸收,改善土壤理化性状,降低N2O排放、NH3挥发及系统氮足迹,是西北绿洲灌区玉米绿色可持续生产的有效路径。
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表1
农业投入数据的活性氮损失系数"
| 投入 Input | 单位 Unit | 活性氮损失系数 Cumulative reactive N losses (kg N-eq·kg-1) | 来源 Source |
|---|---|---|---|
| 氮肥N fertilizer | kg N | 7.15×10-3 | [ |
| 磷肥P fertilizer | kg P2O5 | 1.83×10-4 | |
| 除草剂Herbicide | kg | 4.69×10-3 | |
| 杀虫剂Insecticide | kg | 4.69×10-3 | |
| 农膜Agricultural film | kg N-eq·kg-1 | 1.2×10-4 | |
| 柴油Diesel | L | 2.86×10-2 | |
| 灌溉用电Irrigation electricity | kWh | 1.97×10-3 | |
| 生物炭Biochar | kg N-eq·t-1 | -1.26 | [ |
表2
不同处理中土壤理化性状(2024-2025年)"
| 年份 Year | 施氮制度 Fertilization system | 种植模式 Cropping pattern | pH | 有机质 SOM (g·kg-1) | 全氮 TN (g·kg-1) | 有效磷 AP (mg·kg-1) | 速效钾 AK (mg·kg-1) | 铵态氮 NH4+-N (mg·kg-1) | 硝态氮 NO3--N (mg·kg-1) | 可溶性有机碳 DOC (mg·kg-1) | 可溶性有机氮 DON (mg·kg-1) | 微生物量碳 MBC (mg·kg-1) | 微生物量氮 MBN (mg·kg-1) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2024 | N100 | MM | 8.33±0.01b | C | 24.9±0.7ab | A | 1.3±0.2c | B | 23.9±1.6a | A | 78.8±3.3a | A | 1.3±0.7b | A | 15.3±0.9b | A | 112.7±0.5b | A | 43.5±0.6b | A | 102.1±2.8c | B | 32.9±1.0b | A |
| IMC | 8.27±0.02c | 25.7±0.4a | 1.3±0.1b | 24.8±0.7a | 77.3±2.8a | 1.4±0.1a | 17.9±0.8a | 118.1±3.3a | 45.7±0.7a | 111.9±7.0b | 37.1±1.6a | |||||||||||||
| N70 | MM | 8.31±0.04bc | B | 24.2±0.2b | B | 1.3±0.1d | C | 20.0±0.4b | B | 74.7±4.6a | A | 0.9±0.1d | B | 10.5±0.4d | B | 97.1±1.3c | B | 38.7±0.7e | B | 90.2±0.4d | C | 26.1±0.7d | B | |
| IMC | 8.47±0.03a | 24.6±0.6ab | 1.3±0.1c | 21.3±1.6ab | 78.5±3.0a | 1.1±0.1c | 13.0±0.8c | 108.5±1.2b | 41.9±1.4c | 94.7±1.8d | 29.8±1.0c | |||||||||||||
| N70S | MM | 8.48±0.01a | A | 25.3±0.3ab | A | 1.4±0.1b | A | 22.5±3.2ab | A | 79.2±2.3a | A | 1.0±0.1d | B | 11.8±0.9cd | B | 101.4±1.6c | B | 39.6±0.8de | B | 109.2±3.4b | A | 28.1±0.7c | B | |
| IMC | 8.47±0.01a | 25.3±1.0ab | 1.4±0.1a | 23.8±2.1a | 75.7±1.0a | 1.1±0.1c | 14.8±0.5b | 108.1±5.2b | 40.6±0.4cd | 127.6±4.8a | 32.6±0.6b | |||||||||||||
| 双因素方差分析 Two-way analysis of variance | ||||||||||||||||||||||||
| N | 78.478*** | 4.425* | 72.058*** | 6.51* | 0.365 | 33.977*** | 68.65*** | 38.142*** | 77.560*** | 40.365*** | 159.084*** | |||||||||||||
| C | 6.648* | 1.645 | 27.333*** | 1.807 | 0.073 | 19.374*** | 61.437*** | 38.519*** | 26.094*** | 38.371*** | 81.562*** | |||||||||||||
| N×C | 35.836*** | 0.606 | 1.21 | 0.024 | 2.323 | 0.036 | 0.241 | 2.146 | 0.932 | 1.358 | 0.144 | |||||||||||||
| 2025 | N100 | MM | 8.45±0.01a | A | 23.8±0.7ab | A | 1.2±0.3a | A | 25.0±0.6a | A | 76.5±2.3a | A | 1.5±0.1ab | A | 16.6±0.9b | A | 95.7±0.5b | A | 38.8±0.5b | A | 106.9±2.8cd | B | 39.9±1.2b | A |
| IMC | 8.39±0.02a | 24.5±0.4a | 1.2±0.5a | 25.9±2.7a | 75.0±1.1a | 1.6±0.2a | 19.6±0.9a | 100.4±2.9a | 41.0±0.7a | 116.7±7.0b | 45.1±2.0a | |||||||||||||
| N70 | MM | 8.42±0.04a | A | 23.1±0.2b | B | 1.2±1.0a | A | 19.7±2.6b | B | 72.4±4.7a | A | 1.2±0.2bc | B | 11.5±0.5d | B | 82.1±1.1c | B | 34.1±0.7d | B | 105.0±0.4d | B | 31.5±0.8d | B | |
| IMC | 8.41±0.15a | 23.4±0.6ab | 1.2±0.3a | 22.3±1.6ab | 76.2±2.1a | 1.2±0.2c | 14.1±0.9c | 92.1±1.0b | 37.2±1.4b | 105.5±4.1d | 36.1±1.2c | |||||||||||||
| N70S | MM | 8.49±0.09a | A | 24.2±0.3ab | A | 1.2±0.3a | A | 23.5±1.1ab | A | 76.8±1.3a | A | 1.1±0.1c | B | 12.9±0.9cd | B | 85.8±1.4c | B | 35.0±0.8c | B | 113.9±3.4b | A | 34.0±0.8c | B | |
| IMC | 8.44±0.03a | 24.2±1.0ab | 1.3±0.1a | 24.8±1.0a | 73.3±0.8a | 1.3±0.1bc | 16.2±0.6b | 91.7±4.5b | 36.0±0.4c | 132.4±4.8a | 39.5±0.7b | |||||||||||||
| 双因素方差分析 Two-way analysis of variance | ||||||||||||||||||||||||
| N | 0.001 | 6.6455* | 0.618 | 13.165** | 0.659 | 16.019*** | 128.874*** | 65.884*** | 79.260*** | 7.125* | 138.274*** | |||||||||||||
| C | 2.053 | 1.548 | 1.082 | 1.816 | 0.67 | 3.561 | 56.548*** | 29.397*** | 22.436*** | 30.166*** | 78.611*** | |||||||||||||
| N×C | 0.251 | 0.339 | 0.07 | 0.515 | 2.205 | 0.715 | 0.115 | 3.908 | 0.283 | 3.623 | 0.384 | |||||||||||||
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